www.eprace.edu.pl » minos-neutrina » ANALIZA » Typy oddziaływań neutrin z materią

Typy oddziaływań neutrin z materią

Neutrina mogą oddziaływać z materią jedynie słabo, czyli poprzez wymianę ciężkich bozonów pośredniczących. Spośród dwóch podstawowych typów, pierwszym jest oddziaływanie poprzez tzw. prądy neutralne (ang. neutral current, NC), czyli wymianę bozonu Z0 [2].

Image nc
$ \nu + N \longrightarrow \nu + X $
gdzie ν oznacza neutrino, N jądro atomu biorące udział w oddziaływaniu, a X powstałą w jego wyniku kaskadę hadronową. Powyżej diagram Feynmana ilustrujący to oddziaływanie.

Podczas oddziaływania NC w detektorze widoczna jest tylko kaskada wyprodukowana w zdarzeniu, a samo neutrino jest niewidoczne. Obserwuje się jedynie skutki jego oddziaływania.

Drugim typem oddziaływania neutrin jest wymiana tzw. prądów naładowanych (ang. charged current, CC). W czasie tego zdarzenia wymieniany jest bozon W+ lub W-. Skutkiem jest zniknięcie neutrina i powstanie leptonu naładowanego.

Image cc
$ \nu + N \longrightarrow l + X$
gdzie N oznacza jądro atomu biorące udział w oddziaływaniu, l oznacza naładowany lepton, a X oznacza kaskadę hadronową. Na podstawie zasady zachowania liczby leptonowej nowopowstały lepton musi ją mieć taką samą, jak padające neutrino.
Rysunek 5.1: Przykłady wysymulowanych oddziaływań neutrin w MINOS'ie (FD). Kolejno od lewej: CC νμ, NC, CC νe. Na górze znajduje się przekrój przez płaszczyznę UZ, poniżej przez płaszczyznę VZ, a dolny histogram przedstawia rozkład zarejestrowanej energii w kolejnych płaszczyznach [10]
Image CC-mionowe Image NC-czarny Image CC-elektronowe

Na rysunku 5.1 podano trzy typowe oddziaływania w eksperymencie MINOS wysymulowane metodą Monte Carlo. Ilustracje pochodzą z oprogramowania obrazującego oddziaływania (program Event Display). Widoczne są dwa rzuty przestrzenne UZ i VZ oraz rozkład zarejestrowanego sygnału. Kolory reprezentują wielkość sygnału. Założono, iz wiązka neutrin biegnie z lewej strony. Pierwszy wykres z lewej jest przykładem oddziaływania CC neutrina mionowego. Widoczny jest charakterystyczny długi tor powstałego w oddziaływaniu CC mionu oraz niewielka kaskada hadronowa wokół punktu oddziaływania. Środkowy rysunek przedstawia oddziaływanie typu NC. Niemożliwe jest określenie jakiego typu było padające neutrino, gdyż efektem końcowym jest jedynie kaskada hadronowa. Ostatni rysunek przedstawia oddziaływanie CC neutrina elektronowego. Widoczna jest także sama kaskada, tym razem elektromagnetyczna, gdyż tor elektronu w stali wynosi kilka milimetrów, więc niemożliwe jest jego bezpośrednie zaobserwowanie [10] [12]. Kaskady elektromagnetyczne są krótsze, węższe i gęstsze [7] niż kaskady hadronowe, co jest podstawowym rozróżnikiem przypadków NC od CC νe. Analogiczna sytuacja przedstawiona jest na rysunkach 5.2 i 5.3, gdzie zilustrowany jest tor mionu oraz kaskady hadronowej za pomocą innej wersji aplikacji wizualizującej oddziaływania w detektorze. Przedstawiono rzeczywiste zdarzenia w detektorze. Oba oddziaływania zobrazowane są we współrzędnej poziomej wzdłóż osi detektora (ozn. Z) względem U oraz V.

Rysunek 5.2: Przykład rejestracji rzeczywistego mionu w FD przedstawiony za pomocą programu Event Display we współrzędnych U(Z) i V(Z). Kolorami oznaczono depozyt energii [26]
Image tor_mion

Rysunek 5.3: Przykład rejestracji rzeczyswistej kaskady hadronowej w FD przedstawiony za pomocą programu Event Display we współrzędnych U(Z) i V(Z). Kolorami oznaczono depozyt energii [26]
Image tor_kaskada


komentarze

Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.